Цеолиты

Цеолиты (далее Ц) (от греч. zéo - киплю и líthos - камень; из-за способности вспучиваться при нагревании), алюмосиликаты, структура которых образована тетраэдрами (4)4- и (4)5-, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В последних находятся молекулы воды и катионы металлов ( и групп периодической системы а также аммония, гидрония, тетраалкиламмония и др. введенные катионным обменом поливалентные ионы.   Ц встречаются в природе и получены искусственно. Общая формула Ц Mex/n (xy2(x+y))×zH2, где Me - металл, n - его степень окисления, х - число у - число z - число молекул воды.   Ц природные (Ц п.) включают около 30 минералов. К наиболее важным относятся: анальцим, ломонтит (2412)×22, филлипсит (2, 2, ) (2­2,6-6,89,2-17,6) (3,4-6,6) Н2О; натролит, морденит (2, , 2)(29,0-10,6 О22,0-25,2) (6,4-7) 2; гейландит (Са, 2, 2) (26,0-7,516,0-19,0) (5,5-6,5) 2, клиноптилолит (2, 2, ) (AI27,5-11,019,0-26,0) (6-8)1420, шабазит, эрионит (2, 2, ) (25,8-7,615,4-19,2) (4,8-6,8) Н2О, фожазит (Са, 2, , 2) (24,1-4,6 12,2-13,2)×42.   По наличию общих структурных элементов, сходных кайалов выделяют 9 групп Ц Каркасы цеолитов группы анальцима построены четверными кольцами (, 4) тетраэдров. Из различных сочетаний четырехчленных колец построены также каркасы Ц группы ломонтита и филлипсита. Структуры Ц группы натролита образованы из цепочек, которые составлены из четырехчленных колец, соединенных Друг с другом пятым тетраэдром. Характерные элементы Ц группы морденита и гейландитаклиноптилолита представлены пятерными петлями тетраэдров (, 4). Одиночные шестерные кольца являются основой каркасов Ц группы эрионита, двойные - шабазита и фожазита.   Ц п. образуют прозрачные бесцветные любых систем; размер от нескольких см до нескольких мкм. Твердость по минералогической шкале 3-5; плотность 1800-2250 кг/м3 (у цеолитов - 2500-2700).   Образуются Ц п. в основном в условиях относительно невысоких температур (до 250-300 °С) и давлений (до нескольких тыс. атмосфер) в последней стадии гидротермального процесса и приурочены к вулканогенным толщам базальтового, андезитового, риолитового состава, в которых заполняют пустоты и трещины, или образуют цемент туфов; происхождение Ц п. связано также с диагенезом осадков морей, щелочных соленых озер, при взаимодействии туфов с поровыми водами. При этом образуются промышленные скопления, которые разрабатываются как месторождения Ц п. С повышением температуры образуются относительно менее гидратированные Ц Появление ломонтита в подвергающихся погружению осадках характерно для т. н. цеолитовой фации метаморфизма; особое место занимает анальцим, который может как позднемагматический минерал при температурах выше 600 °С из бедных кремнеземом щелочных магм. Месторождения в СССР - в Закавказье, Закарпатье, на Камчатке; за рубежом - в Новой Зеландии, Японии, США, Исландии.   Ц искусственные. Из почти ста искусственных Ц на практике широкое применение находят три: А - (AISiO4)×(2¸3) 2, Х - (AISi1-1,54-5)×32 и - (AISi1,5-35-8)×(3¸4) 2.   А не имеет природных аналогов, Х и близки фожазиту. А, X, синтезируют нагреванием до 100 °С либо гелей, образующихся при смешении растворов алюмината и жидкого стекла или золя кремневой кислоты, либо смеси растворов едкого натра с прокаленным каолином. Полученные (размером несколько мкм) подвергают грануляции.   Природные и искусственные Ц проявляют ионообменные, а после удаления из их полостей молекул воды (при нагревании) адсорбционные свойства, которые в сочетании с жестким размером входов в полости и каналы придают свойства молекулярных сит и селективных ионообменников. В случаях, когда катионами служат поливалентные катионы, главным образом , и др. редкоземельные элементы, гидроний или Ц обнаруживают свойства катализаторов.   Специфика различных Ц связана с размером входов в полости (они могут быть от 3 до 10 ), объемом полостей, природой и расположением катионов, стойкостью Ц в различных средах.   Ц используются для выделения и очистки углеводородов нефти и как катализаторы, а также для очистки, осушки и разделения газов (в т. ч. воздуха), осушки фреонов, извлечения радиоактивных элементов, создания глубокого вакуума и т.д.   Лит.: Жданов С. П., Егорова Е. Н., цеолитов, Л., 1968; Сендеров Э. Э., Хитаров Н. И., Ц, их синтез и условия образования в природе, М., 1970; Брек Д. В., Цеолитовые молекулярные сита, пер. с англ., М., 1976.   Э. Э. Сендеров.